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1、第四章 功能原理创新设计4.1 功能原理设计的意义4.2 工艺功能设计方法4.3 综合技术功能设计方法4.4 功能组合方法4.5 设计目录方法第四章 功能原理创新设计4.6 发明问题解决理论(TRIZ）4.7 公理化设计方法n如何产生的？如何产生的？n基本原理是什么？基本原理是什么？n基本方法如何？基本方法如何？n怎样分类？怎样分类？n技术冲突的4040条发明原理4.6 发明问题解决理论(TRIZ）如何产生的？如何产生的？前苏联学者 阿利特舒列尔（G.S.Altshuler）及其领导的一批研究人员，从1946年开始，花费1500人年，在分析研究世界各国250万件专利的基础上，提出了“发明问题解
2、决理论”。该理论一直对其他国家保密，直到前苏联解体后，随着一批原苏联科学家移居国外，将该理论介绍给其他国家，对全世界的创新设计领域产生重要影响。4.6 发明问题解决理论(TRIZ）CIA中央情报局 PK克格勃发明问题解决理论 基本原理是什么？基本原理是什么？“发明问题解决理论”认为技术系统是不断进化的，进化的动力是解决冲突。“发明问题解决理论”提出消除冲突的发明原理，建立消除冲突的基于知识的逻辑方法。劝架折中发明问题解决理论基本方法如何？基本方法如何？应用“发明问题解决理论”解决设计问题时，需要首先将待设计的问题表达（翻译）为“发明问题解决理论”的标标准准问问题题，利用该理论所提供的工具，可求
3、得标标准准解解，将标准解表达（翻译）为问题领域的解答，得到领域解，可以得到关于消除技术冲突的有益提示。发明问题解决理论怎样分类？怎样分类？“发明问题解决理论”将工程中的冲突分为两类，一类称为技术冲突，另一类称为物理冲突。技术冲突指在一个子系统中引入有用功能的同时会在另一个子系统中引入有害功能。物理冲突指对同一个子系统提出相反的要求。发明问题解决理论 为表示技术冲突,该理论总结了常用的3939个工程参数：通用工程参数名称 七类序号名称序号名称序号名称1运运动动物体的重量物体的重量14强强度度27可靠性可靠性2静止物体的重量静止物体的重量15运运动动物体作用物体作用时间时间28测试测试精度精度3运
4、运动动物体的物体的长长度度16静止物体作用静止物体作用时间时间29制造精度制造精度4静止物体的静止物体的长长度度17温度温度30物体外部有害因素作用的敏感性物体外部有害因素作用的敏感性5运运动动物体的面物体的面积积18光照度光照度31物体物体产产生的有害因素生的有害因素6静止物体的面静止物体的面积积19运运动动物体的能量物体的能量32可制造性可制造性7运运动动物体的体物体的体积积20静止物体的能量静止物体的能量33可操作性可操作性8静止物体的体静止物体的体积积21功率功率34可可维维修性修性9速度速度22能量能量损损失失35适适应应性或多用性性或多用性10力力23物物质损质损失失36装置的复装
5、置的复杂杂性性11应应力或力或压压力力24信息信息损损失失37监监控与控与测试测试的困的困难难程度程度12形状形状25时间损时间损失失38自自动动化程度化程度13结结构的构的稳稳定性定性26物物质质或事物的数量或事物的数量39生生产产率率发明问题解决理论 并总结了常用来解决技术冲突的4040条发明原理：发明原理序号名称序号名称序号名称序号名称1分割11预补偿21紧急行动31多孔材料2分离12等势性22变有害为有益、32改变颜色3局部质量13反向23反馈33同质性4不对称14曲面化24中介物34抛弃与修复5合并15动态化25自服务35参数变化6多用性16未达到或超过26复制36状态变化7套装17
6、维数变化27低成本、不耐用的物体代替昂贵、耐用的物体37热膨胀8质量补偿18振动28机械系统的替代38加速强氧化9预加反作用19周期性作用29启动与液压结构39惰性环境10预操作20有效作用的连续性30柔性壳体或薄膜40复合材料原理1：分割断开独立把一个整体或有联系的事物强行分开 n将一个物体分割成几个独立的部分 电冰箱冷冻箱+冷藏箱 货运汽车动力（机车）+装载（拖车）n将一个物体分割成几个容易组装和拆卸的部分 结构设计构件多个独立的零件分别制造n提高物体的可分性 刀具可拆卸结构刀头+刀杆原理2：分离隔开 从混合物中隔离出来 与其他部分或整体、主体分开n将一个物体中的有害部分与整体分离 家用空
7、调主机+散热器（噪音大移往室外）n将一个物体中起某种专门作用的部分与整体分离 激光复印机成像功能分离独立功能 成像功能+扫描仪=复印机 成像功能+计算机=打印机 成像功能+通信功能=传真机打印+复印+扫描+传真一体机原理3：局部质量区别对待n零件由均匀结构改为非均匀结构 局部发挥最佳效能n零件不同部位热处理方式不同 齿轮齿面的表面处理。面硬心软 原理4：不对称增加范围n机械零件多为对称设计更简单n但是可以采用不对称结构选择范围扩大n轮毂设计的非对称结构定位 原理5：合并组合n将空间上相同或者相近的物体合并在一起 收音机+录音机=收录机 多功能手机=电话功能+短信+收音机+n将时间上相关的物体合
8、并 铅笔+橡皮便于携带 制冷+加热夏天制冷冬天加热原理6：多用性提高性价比n多种功能集于一身 多用工具 多功能手机 电话功能+短信+收音机+mp4+照相+GPS导航+蓝牙+上网 一机多用原理7：套装减小占用空间n将某个物体放入另一个物体的空降内 地铁车门嵌入式 建筑、装修布线墙内 地暖地板下 n将第一个物体嵌入第二个物体内，将第二个物体嵌入第三个物体内 多层伸缩式天线 伸缩式钓鱼竿 多层油缸 原理8：质量补偿减小质量负载n使一个向上的力与向下的重力相平衡 氢气球悬挂广告牌嵌入式 电梯、立体车库滑轮起重负载配重 精密滑动导轨机械卸载导轨 滚子分担导轨负载导轨导向 原理8：质量补偿减小质量负载n通
9、过物体与环境的作用为物体提供向上的作用力，以平衡重力作用 船水的浮力 飞机机翼空气升力 原理9：预加反作用抵消有害作用n梁预加反载荷 机床导轨做成中部凸起 延缓寿命 火车铁轨中凸加长寿命 原理10：预操作预防措施杜绝意外事件n螺栓预紧+放松措施n轴承预紧n零件装配前的防腐处理 原理11：预补偿事先防范提高可靠性n过载保护系统n熔断器n安全离合器 原理12：等势性减少能量消耗n车辆在平路上行走n零件在流水线中移位时尽量在一个平面上n鹤式起重机吊装物体时做水平直线移动 原理13：反向逆向思维n采用与通常动作方向相反的动作，达到相同的目的 配对齿轮的材料不同一软一硬一软一硬 模具硬硬材料凸模软软材料
10、凹模 结果软材料塑性塑性对磨损补偿，延长模具寿命n使原来静止的物体运动，原来运动的静止，保持两个物体间原有的相对运动关系 车床刀具固定工件运动 改变工件固定刀具运动镗床或铣床镗床或铣床 原理14：曲面化圆弧与旋转n用曲线代替直线，用曲面代替平面，用球代替立方体 倒角、圆角减少应力集中 拱形梁提高强度 等强度梁特殊母线形状使圆轴各截面弯矩相等n用回转运动取代直线运动 机械设计旋转运动旋转运动 更简单 旋转运动产生的离心力离心力特殊作用特殊作用 洗衣机甩干甩干 离心铸造离心铸造减少铸件外表面缺陷 原理15：动态化灵活性n使物体各个部分之间、动作之间自动调节，实现最佳工作状态 形状记忆弹簧随温度变化
11、伸缩开闭温室天窗 柴油机调速器 像超越离合器n将物体分解为既互相连接n，又可以相对运动的多个部分 凸缘联轴器刚性连接，要求精度高 万向节联轴器适应两轴角度误差 十字滑块联轴器适应两轴径向误差用垫片调节轴向间隙原理16：未达到或超过放宽问题简化n齿轮设计齿宽一宽一窄解决齿宽装配、加工及累计误差造成的错位n公差不是理想的100%原理17：维数变化多维增加n将一维线性运动改为二维平面运动或三维空间运动 计算机储存方式纸带（一维）磁盘/光盘（二维）将来三维存储技术飞跃n将单层排列的物体变为多层排列 光盘库多层叠放光盘方便抓取 立体车库增加存储量n利用给定表面的反面 磁盘由单面双面原理18：振动n使物体
12、处于振动状态增加振动频率共振n电磁振动或压电振动替代机械振动 刀具振动切削工艺 电动剃须刀、电动雕刻刀、振动式电动剪刀振动上料机均匀定向上料（移动物体）筛子筛物料 电子表石英振荡器更准确原理19：周期性作用周而复始n用周期性动作代替连续动作；已有的改变动作频率 过盈装配压入法周期性敲击法 内燃机活塞等周期性工作 自动装配线上传送带（链）周期性装配操作原理20：有效作用连续性提高效率n系统连续性工作所有部件满负荷 消除动作过程中的间隙连续旋转代替往复直线运动 计算机打印机打印头连续往复打印 内燃机爆发行程做功飞轮储能输出保证内燃机持续运动 卡尔逊复印机平板上布静电+曝光+显影+定影 现代复印机多
13、个工作头围绕硒鼓复印可以循环进行 搓丝滚丝原理21：紧急行动减少有害作用时间n以最快速度完成有害操作 激光焊接法加温时间短，影响范围小 减少焊接变形 热处理高频或中频电流加热零件表面原理22：变有害为有益n机器报废零件方便拆卸n垃圾分离设备回收有用物质n高压容器灌口密封结构外侧消弱内侧加强原理23：反馈纠正 补偿n反馈系统有效纠正偏差保证系统工作正常n自行车前轮转向把延长线在轮子与地面接触点前面 向心力形成回位力矩原理24：中介物传递 减缓n带（链条）机械传动的中介物长距离传动n复印机布墨粉玻璃球静电吸墨粉 硒鼓强静电再吸布墨粉到硒鼓上形成墨粉图像n机器安装底座上的减震垫减少振动对环境的影响n
14、大型风机减震问题原理25：自服务自我保护意识n自润滑轴承自身材料孔隙含润滑剂随温度应力变化渗出润滑省略了特别的润滑措施.nSF-1 通通用用型型钢钢基基无无给给油油自自润润滑滑轴轴承承1 无无油油润润滑滑或或少少油油润润滑滑，可可在在使使用用时时不不保保养养或或少少保保养养；2 耐耐磨磨性性能能好好，摩摩擦擦系系数数小小，使使用用寿寿命命长长；3 有有适适量量的的弹弹塑塑性性，能能将将应应力力分分布布在在较较宽宽的的接接触触面面上上,提提高高轴轴承承的的承承载载能能力力；4 静静动动摩摩擦擦系系数数相相近近，从从而而保保证证机机械械的的工工作作精精度度；5 能能使使机机械械减减少少振振动动，降
15、降低低噪噪音音，防防止止污污染染，改改善善劳劳动动条条件件；6 在在运运转转过过程程中中能能形形成成转转移移膜膜,起起到到保保护护对对磨磨轴轴的的作作用用；7 对对于于磨磨轴轴的的硬硬度度要要求求低低，从从而而降降低低了了相相关关零零件件的的加加工工难难度度；8 薄薄壁壁结结构构，质质量量轻轻，可可减减小小机机械械体体积积；9 钢钢背背面面可可电电镀镀多多种种金金属属,，可在腐蚀介质中使用；目前已广泛应用于各种机械的滑动部位。可在腐蚀介质中使用；目前已广泛应用于各种机械的滑动部位。n铸铁润滑性原理26：复制替代物n用简单、廉价的复制品代替复杂昂贵的物体n虚拟设计动态虚拟仿真虚拟装配干涉检查虚拟
16、应力分析n模拟训练虚拟现实 n仿生法（仿生学）人工心脏 机器人 机器动物原理27：低成本、不耐用的物体代替昂贵、耐用的物体低替代物n用再生材料木材、农作物茎秆代替木材做家具、建材 用铁芯包铜代替铜导线 用塑料模具代替金属模具 钢塑材料代替铝合金等稀有金属材料 用模型试验代替实物试验原理28：机械系统的替代低替代物n用具有视觉、听觉、味觉或嗅觉系统代替机械系统 用光、声传感器代替机械（位置）传感器 用电动机调速代替机械变速 用声、光信号传递机器运行原理29：气动与液压结构n将物体的固态部分用气体或液体替代，利用气压、液压缓冲作用 表面的润滑高压气体或液体隔开表面流体静压润滑原理30：柔性壳体或薄
17、膜n用柔软壳体或薄膜替代传统结构 建筑物或广场顶部柔软壳体（织物）或薄膜材料施工方便结构轻巧安全 机器内部柔软材料隔开成多箱 各自润滑方案原理31：使用多孔材料n失重铸造或烧结大量孔隙材料含油轴承、流体过滤器、轻质结构零件 材料上打孔减重 带孔结构原理32：改变颜色传达信息n重要信息醒目色n危险信息红色n 方便观察透明结构原理33：同质性n相同材料接触不发生化学或电化学反应 零件热膨胀系数相同温度变化不易错位 生产备料方便报废时方便处理原理34：抛弃与修复减载n抛弃失去功能的部件，补充或修复损耗部分 火箭发射中，抛弃废料箱减轻负载原理35：参数变化参数 控制n季节（温度）决定润滑油类型n电饭煲
18、温控器锅底温度传感器改变铁磁粉性质开关电路n机床设计中，根据被加工件确定机床功率、速度n压电材料的逆电效应改变材料尺寸、形状、位置和方向系统的微位移控制原理36：状态变化状态 控制n电冰箱温控器敏感材料状态温控器内部压力制冷温度n根据金属材料受温度影响热处理表面硬度和强度n形状记忆合金温度金相组织变化形状n热导管工作介质汽化热传导传到效率提高原理37：热膨胀空间变化n过盈装配热膨胀n温度控制开关两片热膨胀系数不同材料贴合n防止热膨胀铁轨接头处无缝线路轨道n无缝线路轨道安装时有一个安装温度要求，以达到伸缩量平均。无缝线路轨道通过扣件扣紧在混凝土轨枕上，抑制钢轨的伸缩。无缝线路并不是全线都连在一起
19、，根据等级，每隔数千米有断开的一个伸缩段，每到季节变化，铁路养路工人会挑选一个适合温度的时间，松开钢轨扣件，让无缝钢轨自由伸缩，再扣紧，恢复铁路运行。原理38：加速强氧化环境变化n氧化级别改变空气纯氧离子化氧气、臭氧环境n需要氧气的环境有害气体场所、抢救病人加速化学反应原理39：惰性环境特定环境n灯泡制造防氧化惰性气体环境n食品防腐包装中惰性气体真空n电冰箱保鲜低温+真空n干燥的惰性气体防止汽雾产生原理40：复合材料多选性n零件不同部位功能不同特性不同n带承受拉力强度在带轮中弯曲弹性弯曲应力小带与轮摩擦耐磨性n V型带多种复合材料 芯部纤维或细钢丝抗拉强度高 主体橡胶弹性好 表层帆布耐磨性好发
20、明问题解决理论 将发明原理与技术冲突的对应关系编制成冲突问题解决矩阵专用软件专用软件查找发明问题解决理论为解决物理冲突，该理论总结了24个常见物理冲突问题：常见的物理冲突几何类材料及能量类功能类长与短多与少喷射与卡住对称与不对称密度遇大小推与拉平行与交叉导热率高与低冷与热后与薄温度高与低快与慢圆与非圆时间长与短运动与静止锋利与钝 黏度高与低强与弱窄与宽功率大与小软与硬平行与垂直摩擦系数大与小成本高与低发明问题解决理论该理论总结了用以 解决物理冲突的11种方法：1.冲突特征的空间分离。2.冲突特征的时间分离。3.将不同系统或元件与超系统相连。4.将系统改为反系统，或将系统与反系统相结合。5.系统
21、作为一个整体具有特征B，其子系统具有特征-B。6.微观操作为核心的系统。7.系统中一部分物质的状态交替变化。8.由于工作条件变化使系统从一种状态向另一种状态过渡。9.利用状态变化所伴随的现象。10.用两相物质代替单相物质。11.通过物理作用及化学反应使物质从一种状态过渡到另一种状态。发明问题解决理论发明问题解决理论的研究在总结各种解决物理冲突的方法的基础上，提出了解决物理冲突的分离原理，它包括:1.冲突双方的空间分离2.冲突双方的时间分离3.基于条件的分离4.整体与部分的分离通过将相互的冲突双方分离，可以有效地降低解决冲突的难度。发明问题解决理论解决物理冲突的分离原理和解决技术冲突的发明原理之间存在联系，对于每一条分离原理，有多条发明原理与之对应。发明原理与分离原理的对应关系分离原理发明原理空间分离1，2，3，4，7，13，17，24，26，30时间分离9，10，11，15，16，18，19，20，21，29，34，37基于条件的分离1，5，6，7，8，13，14，22，23，25，27，33，35整体与部分分离12，28，31，32，35，36，38，39，40发明问题解决理论 物理冲突牵涉的对象较少，通常解决方法较简单。各个击破 同样的工程问题通常既可以表达为技术冲突，也可以表达为物理冲突。演讲完毕，谢谢观看！